(57)【要約】【課題】    本発明は、センサの汚れを防ぐことにより、複数のサンプルの化学量変化量をより正確に測定することを可能にしたケミカルセンサを提供する。【解決手段】  二つのセンサ１２，１３と参照電極１を用いた回路構成において、センサ１２，１３並びに参照電極１を設けたセンサ部１０を覆うように交換可能な電解質膜２１を載せ、さらに、電解質膜２１上に片方のセンサ１３を覆うようにサンプル阻止膜２２を載せてあり、それらの上から測定サンプル３０を電解質膜２１に浸透させた際に、二つのセンサ１２，１３に測定サンプル３０が浸透する時間差から生じる検出値の差分を測定し、その差分の最大値を用いて測定サンプル３０の化学的変化量を判定するように構成してあることを特徴とするケミカルセンサ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つのセンサと参照電極を用いた回路構成において、前記センサ並びに参照電極を設けたセンサ部を覆うように交換可能な電解質膜を載せ、さらに、前記電解質膜上に片方の前記センサを覆うようにサンプル阻止膜を載せてあり、それらの上から測定サンプルを前記電解質膜に浸透若しくは透過させた際に、前記二つのセンサに測定サンプルが浸透若しくは透過する時間差から生じる検出値の差分を測定し、その差分の最大値又は前記センサから出力される信号の立ち上がり傾斜などを用いて前記測定サンプルの化学的変化量を判定するように構成してあることを特徴とするケミカルセンサ。
【請求項２】
前記センサ並びに参照電極を同一基板に配置してあることを特徴とする請求項１記載のケミカルセンサ。
【請求項３】
前記電解質膜をゲル状の物質で構成してあることを特徴とする請求項１又は２記載のケミカルセンサ。
【請求項４】
前記電解質膜を多孔性の物質で構成してあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のケミカルセンサ。
【請求項５】
前記二つのセンサで水素イオン濃度（以下「ｐＨ」という。）を検出するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のケミカルセンサ。
【請求項６】
前記電解質膜をｐＨ緩衝能が低くなるような構成にしてあることを特徴とする請求項５記載のケミカルセンサ。
【請求項７】
前記センサ部を２つのＩＳＦＥＴで構成してあることを特徴とする請求項５又は６記載のケミカルセンサ。
【請求項８】
前記２つのＩＳＦＥＴのドレイン電極を共通にし、電源電圧を一定に印加するように構成してあることを特徴とする請求項７記載のケミカルセンサ。
【請求項９】
前記２つのＩＳＦＥＴのソース端子に同一の定電流源を設けてあり、２つのＩＳＦＥＴのソース電流を一定とする回路構成にし、ソースフォロア回路による差動ＦＥＴ動作になるように構成してあることを特徴とする請求項７又は８記載のケミカルセンサ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載のケミカルセンサを用いた化学的変化量の測定方法において、前記センサ並びに参照電極を設けたセンサ部を覆うように電解質膜を載せ、さらに、片方の前記センサを覆うように前記電解質膜上にサンプル阻止膜を載せ、その上から測定サンプルを前記電解質膜に浸透若しくは透過させて、前記二つのセンサに測定サンプルが浸透若しくは透過する時間差から生じる検出値の差分を測定し、その差分の最大値又は前記センサから出力される信号の立ち上がり傾斜などを用いて前記測定サンプルの化学的変化量を判定することを特徴とする化学的変化量の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に人体の血液や体液から、例えば水素イオン濃度（以下「ｐＨ」という。）などの化学的変化量を測定し、酵母や細菌などの微生物による感染の有無を判定するケミカルセンサ及びこれを用いた化学的変化量の測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、人体が酵母や細菌などの微生物（バクテリア）による感染を受けた場合、その感染の有無につき血液のｐＨ値の変化を調べることで行われていた。例えば、人体の血液のｐＨ値は通常ｐＨ7.35からｐＨ7.45であるが、バクテリア感染をしている場合にはｐＨ7.0以下になるので、ｐＨ計を用いてｐＨで検定する方法がある（例として非特許文献１参照）。
【非特許文献１】日本光電株式会社  技術情報  ウレアーゼ活性の測定  ［平成１６年３月２４日検索］  インターネット  ＜ URL : http://www.nihonkohden.co.jp/techinfo/pylori/pyl_genri_ureaze.html＞
【０００３】
この測定方法の一例に次のようなものがある。先ず、抗原抗体反応させた固相チップを測定部にセットすると、先ず尿素の入った基質溶液が流れてピロリ菌ウレアーゼと酵素反応する。尿素とピロリ菌ウレアーゼが反応することにより、アンモニアと炭酸ガスが生成する。次に基質溶液が逆流して、ｐＨセンサによって、ｐＨの変化が測定される。ピロリ菌ウレアーゼの量が多いほど、上記の反応によるアンモニアの生成量が増大し、それに伴って固相チップ内部の基質溶液のｐＨはアルカリ側に上昇する。実際は、逆流前後の基質溶液のｐＨを測定して、その差をΔｐＨとして表示する。
【０００４】
また、ｐＨ計のセンサ部を血液サンプルに浸漬するか、センサ部に直接滴下して、そのｐＨ値を読みとる測定方法もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前者のピロリ菌の例では、抗原抗体反応の前処理とフロースルーシステムが必要で、手間と装置が大きく複雑なものとなっている。後者の血液サンプルを直接扱う方法では、ｐＨ値の絶対値を測定しているので、ｐＨセンサ部の洗浄や標準液でのゼロ点構成などの操作が煩雑になるという課題が生じた。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、繰り返し測定におけるセンサの洗浄を容易にすることにより、複数のサンプルの化学的変化量をより正確に測定することを可能にしたケミカルセンサ及びこれを用いた化学的変化量の測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るケミカルセンサは、二つのセンサと参照電極を用いた回路構成において、前記センサ並びに参照電極を設けたセンサ部を覆うように交換可能な電解質膜を載せ、さらに、前記電解質膜上に片方の前記センサを覆うようにサンプル阻止膜を載せてあり、それらの上から測定サンプルを前記電解質膜に浸透若しくは透過させた際に、前記二つのセンサに測定サンプルが浸透若しくは透過する時間差から生じる検出値の差分を測定し、その差分の最大値又は前記センサから出力される信号の立ち上がり傾斜などを用いて前記測定サンプルの化学的変化量を判定するように構成してあることを特徴とする。
【０００８】
前記センサ並びに参照電極を同一基板に配置してあることを特徴とする。
また、前記電解質膜をゲル状の物質で構成してあることを特徴とする。
さらに、前記電解質膜を多孔性の物質で構成してあることを特徴とする。
【０００９】
前記二つのセンサでｐＨを検出するようにしてあることを特徴とする。
また、前記電解質膜をｐＨ緩衝能が低くなるような構成にしてあることを特徴とする。
【００１０】
前記センサ部を２つのＩＳＦＥＴで構成してあることを特徴とする。
また、前記２つのＩＳＦＥＴのドレイン電極を共通にし、電源電圧を一定に印加するように構成してあることを特徴とする。
さらに、前記２つのＩＳＦＥＴのソース端子に同一の定電流源を設けてあり、２つのＩＳＦＥＴのソース電流を一定とする回路構成にし、ソースフォロア回路による差動ＦＥＴ動作になるように構成してあることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る前記ケミカルセンサを用いた化学的変化量の測定方法は、前記センサ並びに参照電極を設けたセンサ部を覆うように電解質膜を載せ、さらに、片方の前記センサを覆うように前記電解質膜上にサンプル阻止膜を載せ、その上から測定サンプルを前記電解質膜に浸透若しくは透過させて、前記二つのセンサに測定サンプルが浸透若しくは透過する時間差から生じる検出値の差分を測定し、その差分の最大値又は前記センサから出力される信号の立ち上がり傾斜などを用いて前記測定サンプルの化学的変化量を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワンチップ上に、二つのセンサと参照電極を配置し、その上部にセンサ並びに参照電極を覆うように交換可能な電解質膜(シート)を載せ、さらにその膜上にサンプルを浸透若しくは透過させて、二つのセンサ信号の時間差から生じる検出値の差分を測定するようにしたことにより、サンプルのバクテリア感染の有無を判定することができるとともに、異なったサンプルを測定する場合、電解質膜を交換することにより、センサ部の洗浄が容易であるとともに、標準液でのゼロ点校正などの操作も不要になり、作業性が向上するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明を実施するための最良の形態の説明図を図１及び図２に示す。このケミカルセンサは、図１に示すように、一つの基板１１の一部に参照電極１を設置し、その近傍に二つのセンサ１２，１３を設置して、センサ部１０を構成してある。センサ１２，１３及び参照電極１は測定回路に接続し、ｐＨを検出して、測定回路に検出結果を送信するものである。
【００１４】
図１に示すように、ケミカルセンサは交換可能な電解質膜２１を設けてある。なお、本実施例の電解質膜２１はゲル状の物質で構成してあるが、多孔性の物質でもよい。この電解質膜２１のほぼ半分の面上にサンプル阻止膜２２を載せてあり、図２に示すように、サンプル阻止膜２２を載せた電解質膜２１がセンサ部１０を覆うように載せ、サンプル阻止膜２２が他方のセンサ１３を覆うように載せてある。
【００１５】
以上のように構成してあるケミカルセンサによるｐＨ測定方法について図２及び図３を用いて説明する。先ず、参照電極１及びセンサ部１０を洗浄した状態で、サンプル阻止膜２２を載置した電解質膜２１をセンサ部１０に載せる。この際、センサ部１０を覆うように電解質膜２１を載せ、さらに、他方のセンサ１３を覆う電解質膜２１上にサンプル阻止膜２２を載せる。その上から測定サンプル溶液３０を滴下して、二つのセンサ１２，１３のｐＨ値の差で測定サンプル溶液３０のｐＨ変化を測定する。センサ１２，１３で測定したｐＨ値は信号として測定部に出力される。
【００１６】
測定サンプル溶液３０は電解質膜２１の上面にサンプル阻止膜２２を載せていない部分から先に浸透する。そのため、先ず一方のセンサ１２でｐＨ変化が起こる。このｐＨ変化が起こっている間、変化するｐＨ値を信号に変換して測定部に出力する。しばらくすると、サンプル阻止膜２２により、測定サンプル溶液３０が電解質膜２１に横方向に拡散し浸透すると、他方のセンサ１２でもｐＨ変化が起こり、双方のセンサ１２，１３でｐＨ値が同一になる。従って、双方のセンサ信号の差分はゼロになる。センサ１２，１３による測定サンプル溶液３０のｐＨ値判定は、双方の信号の差分を測定することにより求めるために、その差分の最大値を測定する。差分が最大に達した値を用いて測定サンプル溶液３０のｐＨ値を判定する。なお、差分の最大値の代わりに信号の立ち上がり傾斜から測定サンプル溶液３０のｐＨ値を判定することも可能である。
【００１７】
なお、この実施形態においては、ｐＨのみに限定せず、グルコース濃度その他の化学的変化量も測定することができる。例えば、グルコール濃度を測定して血糖値や尿糖値を判定する場合は、電解質膜２１に酵素を含めて酵素反応を利用して測定する手段を用いるとよい。
【実施例１】
【００１８】
実施例１の説明図を図４及び図５に示す。このケミカルセンサは、図４に示すように、センサ部をＩＳＦＥＴ４０で構成してある。ＩＳＦＥＴ４０はシリコン基板４１の表面に絶縁膜４２を覆って構成してあり、その一部に金属で構成した参照電極１を設置してある。ＩＳＦＥＴ４０の表面には参照電極１で相対するようにゲート領域４３，４４を二つ設けてある。このゲート領域４３，４４で測定サンプルのｐＨを検出し、測定回路に検出結果を送信するものである。そのため、シリコン基板４１上に２つのゲート領域４３，４４を設け、これらゲート領域４３，４４間に絶縁膜４２を設けてある。一部の絶縁膜４２上に参照電極１を載せ、全ての絶縁膜４２の下面にはチャネルストッパ４５を設けてある。参照電極１を載せた絶縁膜４２に接するチャネルストッパ４５の周縁にドレイン領域４６を設けてあり、その他の絶縁膜４２に接するチャネルストッパ４５の周縁にはソース領域４７を設けてあり、ＩＳＦＥＴを２つ設ける構成にしてある。
【００１９】
図４に示すように、ケミカルセンサは交換可能な電解質膜２１を設けてある。なお、本実施例の電解質膜２１はゲル状の物質で構成してあるが、多孔性の物質でもよい。この電解質膜２１のほぼ半分の面上にサンプル阻止膜２２を載せてあり、図５に示すように、サンプル阻止膜２２を載せた電解質膜２１がＩＳＦＥＴ４０を覆うように載せ、サンプル阻止膜２２が他方のゲート領域４４を覆うように載せてある。
【００２０】
以上のように構成してあるケミカルセンサは図６に示すような回路構成を有する。具体的には、２つのＩＳＦＥＴ５１，５２間に参照電極１を設け、ＩＳＦＥＴ５１，５２のドレイン電極を共通にし、電源電圧を一定に印加するように構成してある。また、２つのＩＳＦＥＴ５１，５２のソース端子に同一の定電流源５３，５４を設けてあり、２つのＩＳＦＥＴ５１，５２のソース電流を一定とする回路構成にし、ソースフォロア回路による差動ＦＥＴ動作になるように構成してある。
【００２１】
以上のように構成してあるケミカルセンサによるｐＨ測定方法について図５、図６並びに図７を用いて説明する。先ず、ＩＳＦＥＴ４０を洗浄した状態で、サンプル阻止膜２２を載置した電解質膜２１をＩＳＦＥＴ４０に載せる。この際、ＩＳＦＥＴ４０を覆うように電解質膜２１を載せ、さらに、電解質膜２１上に他方のゲート領域４５を覆うようにサンプル阻止膜２２を載せる。その上からｐＨ変化に時間差が生じるように、測定サンプル溶液３０を滴下して、二つのゲート領域４４，４５のｐＨ値の差で測定サンプル溶液３０のｐＨ変化を測定する。ゲート領域４４，４５で測定したｐＨ値は信号として測定部に出力される。
【００２２】
測定サンプル溶液３０は電解質膜２１の上面にサンプル阻止膜２２を載せていない部分から先に浸透する。そのため、図８に示すように、先ず、一方のゲート領域４４でｐＨ変化が起こる。このｐＨ変化が起こっている間、変化するｐＨ値を信号に変換して測定部に出力する。しばらくすると、図８に示すように、サンプル阻止膜２２により、その後他方のゲート領域４５でｐＨ変化が起こり、このｐＨ変化が起こっている間、変化するｐＨ値をｐＨセンサにて電気信号に変換して測定部に出力する。その後測定サンプル溶液３０が電解質膜２１に浸透すると、双方のゲート領域４４，４５でｐＨ値が同一になり、ｐＨ差はゼロになる。そこで、ｐＨ値の測定では双方の信号の差分を測定し、その差分の最大値で判定する。差分が最大に達した値を用いて測定サンプル溶液３０のｐＨ値を判定する。
【００２３】
電気的には、以下の作用をする。先ず、上記に示したソースフォロア回路では、２つのＦＥＴ５１，５２はゲート電極の電位変化に追従してソース電極電位が変化し、増幅率は１となるので、ソース電位を測定することにより直接にＦＥＴ５１，５２のゲート膜電位より界面電位を測定することができる。測定サンプル溶液３０・ゲート膜界面の電位はｐＨに比例するので、この構成でｐＨ測定ができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明によれば、ワンチップ上に、二つのセンサと参照電極を配置し、その上部にセンサ並びに参照電極を覆うように交換可能な電解質膜(シート)を載せ、さらにその膜上にサンプルを浸透若しくは透過させて、二つのセンサ信号の時間差から生じる検出値の差分を測定するようにしたことにより、サンプルのバクテリア感染の有無を判定することができるとともに、異なったサンプルを繰り返し測定する場合、電解質膜を交換することにより、センサ部の洗浄が容易であるとともに、標準液でのゼロ点校正などの操作も不要になり、作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るケミカルセンサにおける発明を実施するための最良の形態の説明図である。
【図２】図１図示ケミカルセンサにおけるセンサ部と電解質膜とを一体化した状態を示す説明図である。
【図３】図１図示ケミカルセンサに測定サンプルを滴下した状態を示す説明図である。
【図４】図１とは別のケミカルセンサの実施例を示す説明図である。
【図５】図４図示ケミカルセンサにおけるＩＳＦＥＴと電解質膜とを一体化した状態を示す説明図である。
【図６】図４図示ケミカルセンサの回路説明図である。
【図７】図４図示ケミカルセンサに測定サンプルを滴下した状態を示す説明図である。
【図８】図４図示実施例におけるセンサの応答信号と差動信号の時間変化を表した図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  参照電極
１０  センサ部
１１  基板
１２，１３  センサ
２１  電解質膜
２２  サンプル阻止膜
３０  測定サンプル溶液
４０  ＩＳＦＥＴ
４１  シリコン基板
４２  絶縁膜
４３，４４  ゲート領域
４５  チャネルストッパ
４６  ドレイン領域
４７  ソース領域
５１，５２  ＩＳＦＥＴ
５３，５４  定電流源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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